CN112896290A - 齿条齿轮机构、转向机构及转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿条齿轮机构(20)，该齿条齿轮机构尤其适用于机动车辆的转向系统。其中小齿轮(24)支撑在小齿轮壳体(26)中，并且在该小齿轮壳体(26)内部与齿条(22)啮合。在此，齿条(22)穿过至少一个壳体孔口(30)从小齿轮壳体(26)伸出。此外，用于限制齿条纵向运动和/或该齿条的倾斜的止挡环(36)藉由压配合(37)固持在壳体孔口(30)中。另外，本发明还涉及一种具有这种齿条齿轮机构(20)的转向机构和一种包括这种转向机构的用于机动车辆的转向系统。

Description

齿条齿轮机构、转向机构及转向系统

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于机动车辆的转向系统的齿条齿轮机构，该齿条齿轮机构具有齿条和小齿轮，其中，该小齿轮支撑在小齿轮壳体中，并且在该小齿轮壳体内部与该齿条啮合，并且其中，该齿条穿过至少一个壳体孔口从小齿轮壳体伸出。

本发明还涉及一种具有这种齿条齿轮机构的转向机构。

另外，本发明涉及一种用于机动车辆的转向系统，该转向系统包括这种转向机构。

背景技术

现有技术公开了齿条齿轮机构本身及其在转向机构中的用途。其同样适用于使用具有齿条齿轮机构的转向机构的机动车辆的转向系统。

尤其是在汽车工业中的齿条齿轮机构总是面临着简单、成本有效的生产与高操作可靠性之间的目标冲突。这对于在转向机构或转向系统中使用齿条齿轮机构是特别重要的，这是因为转向机构和转向系统是机动车辆的安全相关的子组件，使得在此只有在保持高度可靠性的情况下，才能简化生产并且节省生产成本。

发明内容

因此，本发明的目的是详细说明一种具有高操作可靠性并且可以成本有效地生产的齿条齿轮机构。由此，本发明还提供一种同样具有高操作可靠性并且可以成本有效地生产的转向机构和转向系统。

该目的通过上述类型的齿条齿轮机构来实现，其中在壳体孔口中设置藉由压配合固持在小齿轮壳体中的止挡环，以限制齿条纵向运动和/或齿条的倾斜。

齿条纵向运动在此是指齿条由于其被小齿轮驱动而产生的运动。如果齿条齿轮机构是转向系统的组成部分，则由于转动方向盘，该齿条执行这种齿条纵向运动。为了确保齿条在任何情况下都与小齿轮啮合，该齿条纵向运动必须受到止挡件的限制。该止挡件也被称为限位止挡件。

齿条的倾斜或该齿条的变形表示该齿条相对于齿条纵向运动的方向的扭转。在此，相关联的旋转中心可以位于齿条与小齿轮之间的接合区域。还必须限制齿条的倾斜，以确保小齿轮始终与齿条接合。

在用于在正常操作中朝小齿轮的方向向齿条施加力的装置出现故障或丢失的情况下，也必须同时保证上述对齿条纵向运动和齿条的倾斜的限制。这种装置也被称为轭架(yoke)。

根据本发明的齿条齿轮机构提供所有上述功能。同时止挡环非常容易装配。只需要将该止挡环压入到该小齿轮壳体中。在此，针对压配合，不需要任何类型的、例如呈螺钉、夹子或粘合剂形式的附加组装元件。因此，组装是容易的且成本有效的。此外，压配合只需要对形成压配合的组装表面进行极为简单的准备(如有的话)。因此，尤其是在壳体孔口区域中的小齿轮壳体、和止挡环两者都可以容易且成本有效地生产。尤其，在此没有工作表面需要应用组装工具等。

止挡环也可以用作齿条的支撑，尤其是在该齿条严重弯曲的情况下。以这种方式确保的是：即使在齿条的弯曲应力较大的情况下，小齿轮和齿条也彼此相互啮合；并且齿条齿轮机构因此可靠地起作用。

根据一个实施例，止挡环的内周表面包括用于限制齿条的倾斜的第一止挡面。在此，术语“第一”仅应被理解为对止挡面的描述。由此，并不暗含止挡面的数量。如果齿条倾斜到足够的程度，该齿条因此将撞击在止挡环的内周表面上或及其一部分上。由此，限制了齿条的倾斜并且确保了小齿轮与齿条的接合。因此，齿条齿轮机构特别可靠地起作用。

另外或替代性地，止挡环的远离小齿轮的侧面可以包括用于限制齿条纵向运动的第二止挡面。同样，术语“第二”仅应被理解为对止挡面的描述。并不暗含止挡面的数量。与此结合，可以在齿条上设置相对止挡面，当齿条已到达其纵向运动范围的末端时，该相对止挡面支承在第二止挡面上。以这种方法也可以实现具有高操作可靠性的齿条齿轮机构，因为小齿轮和齿条始终彼此相互啮合。

止挡环优选由塑料材料制成、尤其是由聚酰胺制成。因此，止挡环可以通过塑料制造工艺来生产，从而使得制造成本相对较低。这尤其适用于批量生产止挡环。例如，止挡环可以藉由注射模制工艺来生产。

塑料材料可以是纤维增强的塑料材料。在这种情况下，增强纤维尤其是玻璃纤维或碳纤维。

例如，止挡环由材料PA 6.6GF30制成。

在一个变体中，壳体孔口呈基本上柱形的形式，并且压配合存在于止挡环的外周表面与该壳体孔口的生成表面之间。在此，壳体孔口优选采取圆柱体的形式。于是，止挡环的外周表面也基本上具有圆柱形壳的形状。在这种情况下，壳体孔口和止挡环可以具有旋转对称的设计，使得当装配该止挡环时，该止挡环的旋转取向是无关紧要的。以这种方式实现了简单且成本有效的组装。

小齿轮壳体可以藉由铸造工艺来生产并且尤其是在压配合的区域中是未机加工的。在此，将小齿轮壳体描述为“未机加工”是指铸造后的状态，也就是说小齿轮壳体铸造后，在压配合区域中不再进行进一步的机加工。尤其，不进行涉及金属切削的机加工。因此，小齿轮壳体在压配合的区域中具有铸造表面。没有像原本平常一样对铸造小齿轮壳体进行精加工，促使节省制造成本。例如以下事实是显而易见的，即未机加工的壳体孔口可能仅满足比机器精加工的壳体孔口更大的公差。用于将止挡环固持在小齿轮壳体中的压配合还仍可以在仅具有大公差的壳体孔口内部可靠地实现。

例如，小齿轮壳体是藉由铝压铸工艺来生产的。

根据一个替代方案，所述止挡环在其外周表面上包括沿整个圆周或沿部分圆周的固定凸缘(bead)。在此，固定凸缘是指用于将止挡环固定在小齿轮壳体中的凸缘。在此，旨在于或者至少接受的是，在将止挡环装配在小齿轮壳体中时，该凸缘将会变形。以这种方式，止挡环甚至可以藉由压配合可靠地装配在仅具有大公差的小齿轮壳体中。在此背景下，一方面，沿部分圆周的固定凸缘是指仅跨止挡环的圆周的一部分为连续的凸缘的固定凸缘。另一方面，沿部分圆周的固定凸缘也指与沿整个圆周的固定凸缘相比在止挡环的圆周上有多次中断的固定凸缘。换言之，由围绕圆周的一部分延伸的多个固定凸缘部分组成的固定凸缘也被视为沿部分圆周的固定凸缘。

小齿轮壳体尤其形成为在压配合的区域中没有凹槽。也就是说，没有设置固定凸缘可以接合在壳体侧面上的凹槽或凹部。因此，小齿轮壳体具有特别简单的构造。

小齿轮壳体可以包括座表面，止挡环的面向小齿轮的侧面位于支承在该座表面上，尤其其中，该座表面是该小齿轮壳体的座肩的一体部分。座表面提供了将止挡环定位在小齿轮壳体中的简单方法。要做到这一点，将该止挡环压入到壳体中，直到该止挡环支承在座表面上。这大大方便了止挡环的装配。

根据一个设计替代方案，止挡环具有至少一个腔体，该至少一个腔体定位于该止挡环的外周表面与内周表面之间，尤其其中，该腔体的深度方向平行于环中心轴线延伸。这种腔体首先用于节省材料。结果，止挡环的重量较小。除此之外，配备有这种腔体的止挡环特别容易藉由塑料生产工艺来生产，这是因为该腔体尤其能够避免该止挡环的相对坚固的部分。类似地，止挡环可以设计有基本上均匀的壁厚度。这用于防止不希望的夹杂物和孔隙的形成。此外，一个或多个腔体允许对止挡环的弹性和刚度进行定向调整。这尤其适用于止挡环的轴向方向(也就是说止挡环限制齿条纵向运动的方向)以及止挡环的径向方向(也就是说止挡环限制齿条的倾斜的方向)。以这种方式，由止挡环提供的限位止挡件可以设计有可调节的“硬度”。

在此，腔体可以是轴向上不间断的，并且因此在最广泛的意义上被设计为通孔。替代性地，腔体可以是轴向上间断的，并且因此在最广泛的意义上被形成为盲孔。根据这两个替代方案的止挡环的生产的容易的且成本有效的。尤其，止挡环的弹性和刚度可以有目的地受到上述替代方案之一的选择的影响。

该目的进一步通过一种上述类型的转向机构来实现，该转向机构配备有根据本发明的齿条齿轮机构。根据本发明的齿条齿轮机构结合了高可靠性和低生产成本的这个事实是指配备该齿条齿轮机构的转向机构也是操作可靠的，并且成本有效地生产。

该目的还通过一种上述类型的用于机动车辆的转向系统来实现，该转向系统包括根据本发明的转向机构，尤其其中，该转向系统被设计为电驱动式动力转向系统。已经关于根据本发明的转向机构描述的效果和优点对转向系统也有影响，使得该转向系统一方面具有高的可靠性，另一方面成本有效地生产。在此背景下，被设计为电驱动式动力辅助转向系统的转向系统也被称为电动动力转向系统(EPS)。在此，转向系统优选被设计为所谓的双小齿轮转向系统。也就是说，方向盘经由第一小齿轮作用在齿条上并且辅助电动马达经由第二小齿轮作用在齿条上。

附图说明

下面参照附图所示的两个示例性实施例对本发明进行解释，附图中示出了：

图1示出了根据本发明的转向系统，该转向系统具有根据本发明的转向机构，该转向机构包括根据本发明的齿条齿轮机构，

图2以截面图示示出了图1中的齿条齿轮机构，

图3示出了根据与图2中的变体相比略微修改的实施例的图2中的齿条齿轮机构的止挡环的透视图，并且

图4示出了图3中的止挡环的另一个透视图。

具体实施方式

图1示出了用于机动车辆的转向系统10，该转向系统被设计为电驱动式动力转向系统。

该转向系统包括电动马达12，藉由该电动马达，驾驶员经由方向盘14引入的转向力矩可以得到辅助或补充，其方式为附加的转向力可以藉由电动马达12施加在转向车轮上。

转向系统10在此包括两个转向机构，其中第一转向机构16用于将经由方向盘14引入的转向力矩传递至转向车轮。

第二转向机构18用于将电动马达12产生的力矩传递至转向车轮。

两个转向机构均被设计为齿条齿轮机构，其中然而相关联的相应齿条彼此牢固连接，或者两个转向机构16、18仅使用单个齿条。

这种转向系统也被称为双小齿轮转向系统，这是因为共用的齿条或共用的齿条组合与两个小齿轮相互作用。

图2示出了齿条齿轮机构20，该齿条齿轮机构可以既是第一转向机构16的组成部分，也是第二转向机构18的组成部分。

该齿条齿轮机构包括与小齿轮24啮合的齿条22。在此，齿条22和小齿轮24两者都支撑在所谓的小齿轮壳体26中。

为了确保齿条22和小齿轮24可靠地相互作用，齿条藉由轭架28受到朝小齿轮24的方向的力。

齿条22与小齿轮24啮合的那个区域位于小齿轮壳体26内部。

然而，在此齿条22并不完全位于小齿轮壳体26内部，而是穿过壳体孔口30从该壳体伸出。

为了限制基本上在藉由箭头32所展示的方向上发生的齿条纵向运动和藉由箭头34表示的齿条的倾斜两者，在壳体孔口30中设置止挡环36。

在此背景下，齿条的倾斜也可以被称为齿条变形。这两个术语应同义地解释。

止挡环36藉由压配合37固持在小齿轮壳体26中。

在所图示的实施例中，壳体孔口30在此具有基本上圆柱形的设计。因此，压配合37存在于止挡环36的外周表面38与壳体孔口30的生成表面40之间。

止挡环还以面向小齿轮24的侧面42支承在小齿轮壳体26的座表面44上。

座表面44在此被形成为座肩46的侧面。

相对于环中心轴线A-A(参见图3和图4)，止挡环36因此通过座肩46沿轴向方向被定位在小齿轮壳体26中，并且压配合37被形成在止挡环36的圆周上。

为了限制齿条的倾斜，止挡环36的内周表面48包括第一止挡面。在所图示的实施例中，整个内周表面48被形成为第一止挡面。

因此，如果齿条22在通过箭头34表示的方向上倾斜，该齿条则撞击在内周表面48上，由此限制这种性质的运动。

在通过箭头32指示的方向上的齿条纵向运动藉由止挡环36的远离小齿轮24的侧面50来限制。该侧面50包括第二止挡面。在所图示的实施例中，侧面50整体被形成为第二止挡面。该第二止挡面与齿条22的相对止挡面52相互作用，以限制齿条纵向运动。

止挡环36在此由塑料材料制成，在所图示的实施例中使用玻璃纤维增强的聚酰胺制成。

使用注射模制工艺作为制造方法。

止挡环36不是实心设计，而是包括定位于外周表面38与内周表面48之间的腔体54。

以这种方式，止挡环36的所有壁厚度可以选择基本相同的厚度，这消除了注射模制工艺过程中孔和夹杂物的形成。

腔体54的深度方向在环中心轴线A-A的方向上延伸。

在根据图2的止挡环36的实施例中，腔体54是轴向上不间断的，可以说是形成了通孔。

相比之下，根据图3和图4的止挡环36是略微修改的。在此，腔体54不再是轴向上不间断的。这些腔体被形成为盲孔。

在所图示的两个变体中，止挡环36在其外周表面38上包括沿整个圆周的固定凸缘56。

该固定凸缘用于将止挡环36固定在壳体孔口30中并且当将止挡环36压入时变形。

小齿轮壳体26是藉由铸造工艺来生产的。在此，该小齿轮壳体在压配合37的区域中是未机加工的。这意味着，小齿轮壳体26铸造后，压配合37的区域中不再进行任何类型的机加工，尤其是金属切削。

然而，借助于止挡环36的几何形状和所选材料，该止挡环仍可以可靠地固持在壳体孔口30中。

因此，如下生产齿条齿轮机构20：

首先，小齿轮壳体例如由压铸铝铸造而成。

此外，以注射模制工艺生产止挡环36。

然后，将止挡环36沿着其环中心轴线A-A推入或压入到壳体孔口30中，直到其侧面42支承在座肩46上。通过这样做，固定凸缘56变形。

在铸造之后，不执行壳体孔口30的机加工。

Claims (11)

1.一种尤其是用于机动车辆的转向系统(10)的齿条齿轮机构(20)，所述齿条齿轮机构具有齿条(22)和小齿轮(24)，

其中，所述小齿轮(24)支撑在小齿轮壳体(26)中，并且在所述小齿轮壳体(26)内部与所述齿条(22)啮合，并且

其中，所述齿条(22)穿过至少一个壳体孔口(30)从所述小齿轮壳体(26)伸出，

其特征在于，

在所述壳体孔口(30)中设置藉由压配合(37)固持在所述小齿轮壳体(26)中的止挡环(36)，以限制齿条纵向运动和/或所述齿条的倾斜。

2.如权利要求1所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述止挡环(36)的内周表面(48)包括用于限制所述齿条的倾斜的第一止挡面。

3.如权利要求1或2所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述止挡环(36)的远离所述小齿轮(24)的侧面(50)包括用于限制所述齿条纵向运动的第二止挡面。

4.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述止挡环(36)由塑料材料制成、尤其是由聚酰胺制成。

5.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述壳体孔口(30)呈基本上柱形的形式，并且所述压配合(37)存在于所述止挡环(36)的外周表面(38)与所述壳体孔口(30)的生成表面(40)之间。

6.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述小齿轮壳体(26)是藉由铸造工艺来生产的并且尤其是在所述压配合(37)的区域中是未机加工的。

7.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述止挡环(36)在所述止挡环(36)的所述外周表面(38)上包括沿整个圆周或沿部分圆周的固定凸缘(56)。

8.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述小齿轮壳体(26)包括座表面(44)，所述止挡环(36)的面向所述小齿轮(24)的侧面(42)支承在所述座表面上，尤其其中，所述座表面(44)是所述小齿轮壳体(26)的座肩(46)的一体部分。

9.如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)，其特征在于，所述止挡环(36)包括至少一个腔体(54)，所述至少一个腔体定位于所述止挡环(36)的外周表面(38)与内周表面(48)之间，尤其其中，所述腔体(54)的深度方向平行于环中心轴线(A-A)延伸。

10.一种转向机构(16，18)，所述转向机构具有如前述权利要求之一所述的齿条齿轮机构(20)。

11.一种用于机动车辆的转向系统(10)，所述转向系统具有如权利要求10所述的转向机构(16，18)，尤其其中，所述转向系统(10)被设计为电驱动式动力转向系统。

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